基于NSD2转录本互作研究NSD2在自闭症中的致病机制

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自闭症谱系障碍(Autism Spectrum Disorder,ASD)是一种神经发育性疾病,其发病机制复杂多变,基因和环境因素都有参与疾病的发生,其中基因遗传因素有60%的致病贡献比例。自闭症典型临床表现是不同程度的人际交往障碍、兴趣狭窄和行为方式刻板,在外观表现上,有些自闭症患者会出现,特殊面容、大头小头、肌肉萎缩,运动不协调,呼吸和睡眠障碍以及癫痫等严重症状。目前已有超过上百种的风险基因被报道与ASD的发病密切相关。核受体SET结构域的蛋白质(NSD2),也称为MMSET或WHSC1,是NSD蛋白质家族的成员。NSD2是Wolf-Hirschhorn综合征的关键基因,得此疾病的儿童分别有脑部生长过大或过小的特征,并伴有不同程度的智力发育不全,神经系统的发育紊乱在这些疾病中扮演着至关重要的角色。然而,关于NSD2的研究主要还是在肿瘤领域,在其它发育型精神疾病,特别是自闭症,机制的研究非常匮乏,因此研究NSD2在精神疾病的作用机制对于这些疾病具有重要意义。编码NSD2蛋白的基因由29个外显子组成,这些外显子可以选择性剪接,导致不同转录本的表达。国内外目前的大多常规疾病网络的研究分析还是停留在基因或蛋白层面上,而忽略剪切异构体这个更精细更复杂的层次。人类大多基因都存在不同程度的选择性剪切,由此可能产生有不同表达量的不同蛋白异构体,从而改变蛋白质-蛋白质相互作用。同一个基因的不同异构体可能拥有不同或甚至相反的功能。特别是在大脑中,超过90%的基因有不同剪切异构体,而且这些异构体可能在不同的脑组织和脑发育期而有着显著不同的表达差异。因此仅在基因水平研究突变会错过许多重要的细节,本课题主体将通过NSD2的选择性剪切的不同转录本来研究其生物学功能。为了确定NSD2每种转录本的独特功能,我们挑选4条具有代表性的转录本NSD2-204、NSD2-207、NSD2-208和NSD2-209。我们使用免疫荧光显微镜在细胞内定位了典型异构体,发现不同转录本所定位的位置存在差异,NSD2-204,NSD2-209显示严格的核积累,NSD2-207,NSD2-208显示细胞质和核积累。我们利用蛋白质非标记定量技术(Label-Free Quantification)进行转录本IP/MS的质谱分析,得到五个样本各自的IP/MS的质谱分析结果。最终得到并鉴定了每种异构体特定的互作蛋白。我们构建NSD2剪切异构体互作的差异网络,并进行相互比较挖掘疾病相关的新靶点。我们得到了890个潜在相互作用蛋白,极大的扩充了已知的NSD2蛋白相互作用数据库。随后,我们对于NSD2各个转录本的潜在互作蛋白进行比对分析。我们将NSD2-204组作为我们的Reference组,其余组作为Non-Reference组,进行相关生物功能以及分子通路分析,值得注意的是,Reference组(NSD2-204)潜在相互作用蛋白其细胞区室定位和核相关,与其亚细胞分布一致。Non-Reference组潜在相互作用蛋白其细胞区室定位和胞质相关,例如生物运输,分解代谢等,与其亚细胞分布一致。最后,我们根据外显子剪切结果对于NSD2潜在相互作用蛋白进行分类并且富集,我们从功能显著富集的组中挑选出4个NSD2的潜在底物蛋白,HNRNPH2、HIST1H1E、RPL10和HSPA8进行实验验证它们和NSD2不同转录本间的蛋白互作的可行度,以此来推断这些蛋白以及它们的选择性蛋白互作在自闭症等发育型精神障碍中起到的生物学作用。此项研究中,我们创新性的把选择性剪切层次的相互作用系统性地纳入生物网络研究中。从NSD2剪切异构体层面出发,研究NSD2剪切异构体互作的差异网络和自闭症机制的关联,从而推断NSD2与自闭症相关的可作为新靶点的分子功能通路。
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